(57)【要約】【課題】炭化珪素半導体を含む半導体装置を提供すること、又は炭化珪素半導体を含む半導体装置の生産性の向上を図ることを目的とする。【解決手段】半導体層若しくは半導体基板の少なくとも一部がエネルギーギャップの大きな半導体領域で構成する。該エネルギーギャップの大きな半導体領域は、好ましくは炭化珪素で形成され、少なくとも絶縁層を介して設けられるゲート電極と重なる位置に設けられる。該半導体領域がチャネル形成領域に含まれる構成することで絶縁破壊耐圧を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面に設けられた一導電型の半導体層と、
前記半導体層の少なくとも一部に設けられた炭化物半導体領域と、
前記炭化物半導体領域上に設けられたゲート絶縁層及び該ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と少なくとも一部が重なり少なくとも前記炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域と、
前記第１不純物領域の内側であって前記ゲート電極の略外側に設けられ少なくとも前記炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型の第２不純物領域と、
前記第１不純物領域及び前記第２不純物領域と接するソース電極と、
前記半導体層と接するドレイン電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁表面に設けられた一導電型の半導体層と、
前記半導体層の少なくとも一部に設けられた炭化物半導体領域と、
前記炭化物半導体領域上に設けられたゲート絶縁層及び該ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と少なくとも一部が重なり少なくとも前記炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域と、
前記第１不純物領域の内側であって該ゲート電極の略外側に設けられ少なくとも前記炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型の第２不純物領域と、
前記半導体層の前記第１不純物領域の外側に設けられた一導電型とは逆の導電型の第３不純物領域と、
前記第１不純物領域及び前記第２不純物領域と接するエミッタ電極と、
前記第３不純物領域と接するコレクタ電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記半導体層が単結晶シリコンであり、前記炭化物半導体領域が炭化珪素であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
一導電型の半導体基板の一方の面の少なくとも一部に設けられた炭化物半導体領域と、
前記炭化物半導体領域上に設けられたゲート絶縁層及び該ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と少なくとも一部が重なり少なくとも前記炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域と、
前記第１不純物領域の内側であって前記ゲート電極の略外側に設けられ少なくとも前記炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型の第２不純物領域と、
前記第１不純物領域及び前記第２不純物領域と接するソース電極と、
前記半導体基板の一方の面とは反対側の面に設けられたドレイン電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
一導電型の半導体基板の一方の面の少なくとも一部に設けられた炭化物半導体領域と、
前記炭化物半導体領域上に設けられたゲート絶縁層及び該ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と少なくとも一部が重なり少なくとも前記炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域と、
前記第１不純物領域の内側であって該ゲート電極の略外側に設けられ少なくとも前記炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型の第２不純物領域と、
前記半導体基板の一方の面とは反対側の面に設けられた一導電型とは逆の導電型の第３不純物領域と、
前記第１不純物領域及び前記第２不純物領域と接するエミッタ電極と、
前記第３不純物領域と接するコレクタ電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記半導体基板が単結晶シリコンであり、前記炭化物半導体領域が炭化珪素であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
一導電型の半導体層を炭化物気体を含む雰囲気中で加熱して該半導体層の表層部を炭化して炭化物半導体領域を形成し、
前記炭化物半導体領域を含むように一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域を前記半導体層に形成し、
前記第１不純物領域の内側に少なくとも炭化物半導体領域を含むように一導電型の第２不純物領域を形成し、
前記半導体層上にゲート絶縁層を介して前記第１不純物領域を少なくとも一部が重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２不純物領域及び前記第１不純物領域の一部と接するソース電極及び前記半導体層と接するドレイン電極とを形成すること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
一導電型の半導体層を炭化物気体を含む雰囲気中で加熱して該半導体層の表層部を炭化して炭化物半導体領域を形成し、
前記炭化物半導体領域を含むように一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域を前記半導体層に形成し、
前記第１不純物領域の内側に少なくとも炭化物半導体領域を含むように一導電型の第２不純物領域を形成し、
前記半導体層の前記第１不純物領域の外側に一導電型とは逆の導電型の第３不純物領域を形成し、
前記半導体層上にゲート絶縁層を介して前記第１不純物領域を少なくとも一部が重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２不純物領域及び前記第１不純物領域の一部と接するソース電極及び前記第３不純物領域と接するドレイン電極とを形成すること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項７又は８のいずれか一項において、前記炭化物半導体領域の形成は、炭化水素気体を含む雰囲気中で前記半導体層を加熱しつつレーザ光を照射して行うこと特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
一導電型の半導体基板を炭化物気体を含む雰囲気中で加熱して該半導体基板の一面の表層部を炭化して炭化物半導体領域を形成し、
前記炭化物半導体領域を含むように一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域を前記半導体基板に形成し、
前記第１不純物領域の内側に少なくとも炭化物半導体領域を含むように一導電型の第２不純物領域を形成し、
前記半導体基板上にゲート絶縁層を介して前記第１不純物領域を少なくとも一部が重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２不純物領域及び前記第１不純物領域の一部と接するソース電極及び前記半導体基板の一面と反対側の面と接するドレイン電極とを形成すること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
一導電型の半導体基板を炭化物気体を含む雰囲気中で加熱して該半導体基板の一面の表層部を炭化して炭化物半導体領域を形成し、
前記炭化物半導体領域を含むように一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域を前記半導体基板に形成し、
前記第１不純物領域の内側に少なくとも炭化物半導体領域を含むように一導電型の第２不純物領域を形成し、
前記半導体基板の一面とは反対側の面に一導電型とは逆の導電型の第３不純物領域を形成し、
前記半導体基板上にゲート絶縁層を介して前記第１不純物領域を少なくとも一部が重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２不純物領域及び前記第１不純物領域の一部と接するソース電極及び前記第３不純物領域と接するドレイン電極とを形成すること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１のいずれか一項において、前記炭化物半導体領域の形成は、炭化水素気体を含む雰囲気中で前記半導体基板を加熱しつつレーザ光を照射して行うこと特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される発明の一は半導体装置及びその作製方法に係り、その一形態は比較的大きな電力を制御する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素半導体のエネルギーギャップは３．０２ｅＶ（４Ｈ−ＳｉＣ）であり、シリコン半導体の１．１２ｅＶと比較して約３倍の大きさを有している。シリコン半導体の絶縁破壊電界が０．３ＭＶ／ｃｍであるのに対し、炭化珪素半導体は絶縁破壊電界が３．５ＭＶ／ｃｍと１０倍以上優れた値を有している。このため、炭化珪素半導体はインバータやコンバータに代表される電力機器への用途が期待されている。
【０００３】
このようなメリットを期待されつつも、炭化珪素半導体を利用したトランジスタが実用化されないのは、炭化珪素半導体基板の品質の低さと、基板の大口径化が困難なことに原因があるとされている。
【０００４】
具体的には炭化珪素基板の欠陥を低減する必要があることが判明している。炭化珪素基板にはマイクロパイプと呼ばれる中空貫通欠陥があり、これがトランジスタの中に一つでも含まれると、トランジスタとして機能しなくなってしまうことが問題となっている。さらに炭化珪素基板には、中空貫通欠陥以外にも、転位などの欠陥が多く含まれている。そのため、高品質な炭化珪素基板を作製するために、例えば、ホモエピタキシャル成長及びヘテロエピタキシャル成長によって高品質の炭化珪素半導体層を半導体基板上に成長させようとする試みがなされている（特許文献１、２参照）。
【０００５】
しかし、炭化珪素基板の品質改善の試みがなされているとしても、基板サイズが小さいという問題は依然として解消されていない。単結晶シリコン基板のサイズが１２インチであるのに対し、炭化珪素基板のサイズは未だ３インチが主流である。これは炭化珪素半導体は、結晶成長の制御が難しいことに起因している。結局のところ炭化珪素半導体を用いたデバイスは、理想的には高性能が期待されているにもかかわらず、結晶品質の悪さと生産性の低さから実用化が遅れているのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０３２６５５号公報
【特許文献２】特開２００６−０３６６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような問題に鑑み、本発明の一形態は、炭化珪素半導体を含む半導体装置を提供することを目的の一とする。
このような問題に鑑み、本発明の一形態は、炭化珪素半導体を含む半導体装置の生産性の向上を図ることを他の目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、半導体基板の全てを炭化珪素半導体とするのではなく、半導体基板の少なくとも一部に炭化珪素半導体層が含まれるようにすることで上記課題を解決するものである。半導体基板としてシリコン半導体基板を用いれば基板の大口径化が可能であり、その一表面を炭化珪素化することで、大面積の炭化珪素半導体層を有する半導体基板とすることができる。このような半導体基板を用いることでトランジスタなどの素子の能動領域の一部又は全部を炭化珪素半導体で形成した半導体装置を得ることができる。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、絶縁表面に設けられた半導体層を含み、半導体層の少なくとも一部が半導体層のエネルギーギャップよりも大きな半導体領域で構成される半導体装置である。該エネルギーギャップの大きな半導体領域は、少なくとも絶縁層を介して設けられるゲート電極と重なる位置に設けられる。半導体層よりもエネルギーギャプの大きい半導体領域がチャネル形成領域に含まれる構成とすることで絶縁破壊耐圧を向上させるように作用する。半導体層は単結晶又は多結晶であることが好ましく、半導体層のエネルギーギャップよりも大きな半導体領域も結晶構造を有していることが好ましい。半導体層を構成する材料の一はシリコン半導体であり、これに対してエネルギーギャップの大きな半導体材料として炭化物半導体の組み合わせが好適である。炭化物半導体として炭化珪素を用いることが好ましい。シリコン半導体としては単結晶シリコンが好ましく、多結晶シリコンを適用することも可能である。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、絶縁表面に設けられた一導電型の半導体層と、半導体層の少なくとも一部に設けられた炭化物半導体領域と、半導体領域上に設けられたゲート絶縁層と該ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極と、ゲート電極と少なくとも一部が重なり少なくとも該炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域と、第１不純物領域の内側であって該ゲート電極の略外側に設けられ少なくとも該炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型の第２不純物領域と、第１不純物領域及び第２不純物領域と接するソース電極と、半導体層と接するドレイン電極とを有する半導体装置である。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、絶縁表面に設けられた一導電型の半導体層と、半導体層の少なくとも一部に設けられた炭化物半導体領域と、半導体層上に設けられたゲート絶縁層と該ゲート絶縁層上に設けられたゲート電極と、ゲート電極と少なくとも一部が重なり少なくとも該炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型とは逆の導電型の第１不純物領域と、第１不純物領域の内側であって該ゲート電極の略外側に設けられ少なくとも該炭化物半導体領域を含んで構成される一導電型の第２不純物領域と、第１不純物領域及び第２不純物領域と接するエミッタ電極と、半導体層に設けられた一導電型とは逆の導電型の第３不純物領域と接するコレクタ電極を有する半導体装置である。
【００１２】
上記半導体装置の一態様において、半導体層は単結晶であることが好ましいが、多結晶であっても適用することができる。また、絶縁表面に設けられる半導体層に代えて半導体基板を適用することもできる。
【００１３】
半導体を、炭化物気体を含む雰囲気中で加熱して該半導体の表層部を炭化して炭化物半導体領域を形成し、炭化物半導体領域にチャネル形成領域が形成されるように絶縁層を挟んでゲート電極を形成する工程を含む半導体装置の作製方法である。
この炭化処理は半導体基板に対して行うものの他、絶縁表面を有する基板上に設けられた半導体層に対して行われるものも含む。
炭化物気体にはメタン、プロパンなどの炭化水素気体が好適には用いられる。
【００１４】
炭化処理における加熱処理において、基板の加熱に加えてレーザ光を半導体に対して照射しても良い。レーザ光は半導体の全面を一度に照射する場合の他、パルスレーザ又は連続発振レーザを逐次照射する方法が適用可能である。
【００１５】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を限定して示すものではない。また、第１、第２として付される序数詞が付された名称は、発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【発明の効果】
【００１６】
トランジスタのチャネル形成領域の一部又は全部を炭化物半導体領域で構成することにより、耐圧の高い半導体装置を得ることができる。
半導体層が設けられた基板又は半導体基板を、炭化物気体を含む雰囲気中で加熱処理することにより、炭化珪素半導体層を形成することができる。この場合において、半導体層又は半導体基板が大面積化した場合でも、加熱処理を行う装置の大型化をすれば良いので、生産性を損なうことなく炭化珪素半導体を含む半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられたＳＯＩ構造を有する半導体装置の一形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図を示す。
【図２】支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられたＳＯＩ構造を有する半導体装置の一形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図を示す。
【図３】ＳＯＩ構造を有する半導体装置の製造工程の一例を説明する図。
【図４】ＳＯＩ構造を有する半導体装置の製造工程の一例を説明する図。
【図５】ＳＯＩ構造を有する半導体装置の製造工程の一例を説明する図。
【図６】ＳＯＩ構造を有する半導体装置の製造工程の一例を説明する図。
【図７】支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられたＳＯＩ構造を有する半導体装置の一形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図を示す。
【図８】ＳＯＩ構造を有する基板の作製方法を説明する図。
【図９】半導体基板に構成される半導体装置の一形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図を示す。
【図１０】半導体基板に構成される半導体装置の一形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図を示す。
【図１１】インバータを備えた太陽光発電システムの一例を示す
【発明を実施するための形態】
【００１８】
開示される発明の実施の形態について図面を用いて以下に説明する。但し、開示される発明は以下の説明に限定されず、その発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、開示される発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。以下に説明する実施の形態において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。
【００１９】
（実施の形態１）
本形態は、支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられたＳＯＩ構造を有する半導体装置の一例を示す。本形態は、炭化珪素半導体を含む半導体装置を提供するための構成を例示する。
図１（Ａ）は半導体装置の平面図を示し、図１（Ｂ）はこの平面図のＡ−Ｂ切断線に対応する断面図を示す。
【００２０】
図１（Ａ）は、ゲート電極１１４の周囲にソース電極１１８が設けられている半導体装置の平面図を示している。ドレイン電極１２０はソース電極１１８の外側に設けられている。
以下、図１（Ａ）及び（Ｂ）の断面図を参照して、本形態に係る半導体装置の構成を説明する。
【００２１】
＜支持基板＞
支持基板１００は絶縁基板、半導体基板、金属基板など平坦な表面を有する基板が適用可能である。しかしながら、支持基板１００は５００℃以上の耐熱性のあるものが好ましい。
【００２２】
支持基板としては石英基板を用いることが好ましいが、歪み点が７００℃以上のガラス基板を用いることもできる。
半導体基板の代表例はシリコン基板（シリコンウエハー）である。シリコン基板は、表面が研磨され平坦化されたものであれば良く、いわゆる太陽電池級のシリコン基板のように廉価な基板を適用することもできる。例えば支持基板として純度６Ｎ（９９．９９９９％）〜７Ｎ（９９．９９９９９％）程度のシリコン基板を適用することができる。この場合にはシリコン基板の表面を、塩化水素を０．５体積％〜１０体積％（好ましくは３体積％）の割合で含む酸化雰囲気中で７００℃〜１１５０℃、好ましくは８００℃〜１０５０℃に加熱して酸化膜を形成しておくことが好ましい。
金属基板を用いる場合は、表面を平坦に研磨し、次に説明する絶縁層を形成する。
【００２３】
＜支持基板上の絶縁層＞
支持基板１００上に設けられる絶縁層１０２は、平坦性を有することが好ましい。そのため絶縁層１０２として、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどが適用される。これらのシリコンを成分として含む絶縁層は、スパッタリング法、気相成長法で形成することができる。
【００２４】
支持基板としてシリコン基板を用いる場合には、熱酸化法によって表面に絶縁層を形成しても良い。シリコン基板が太陽電池級のものである場合には、ＨＣｌを含む酸素雰囲気中でシリコン基板を熱酸化することで、金属などの不純物を低減することができる。
【００２５】
＜半導体層＞
支持基板１００に絶縁層１０２を介して設けられる半導体層１０４は、単結晶半導体が好ましく、多結晶半導体で代替することもできる。代表的には単結晶シリコン半導体が適用される。
半導体層１０４はｎ型又はｐ型のいずれか一方の導電型を有する。半導体層１０４の厚さは５０ｎｍから５００ｎｍ程度であれば良い。
【００２６】
＜炭化物半導体領域＞
半導体層１０４の表面には炭化物半導体領域１０６が設けられる。この炭化物半導体領域１０６は、シリコン半導体よりもエネルギーギャップの広い半導体領域である。
この炭化物半導体領域１０６は、半導体層１０４と同様にシリコンを成分として含む半導体材料が好ましい。好適には炭化珪素半導体である。炭化物半導体領域１０６は、半導体層１０４の表面から少なくとも５ｎｍから１５ｎｍ程度の深さで形成される。半導体層１０４がシリコン半導体の場合、炭化物半導体領域１０６は炭化珪素で構成される。
【００２７】
炭化物半導体領域１０６は、半導体層１０４の全面に設けられていても良いし、後述するようにトランジスタのチャネル形成領域に該当する領域に選択的に設けられていても良い。このように炭化珪素基板そのものを作製するのでなく、結晶化した半導体層に炭化珪素半導体領域を形成することで、結晶性の良い炭化珪素半導体領域を得ることができる。そして、この炭化珪素半導体領域を使ってトランジスタなどの半導体素子を作製することができる。
【００２８】
＜第１不純物領域＞
第１不純物領域１０８は、半導体層１０４とは逆の導電型を有する領域である。例えば、半導体層１０４がｎ型であれば、第１不純物領域１０８はｐ型の領域となる。
【００２９】
第１不純物領域１０８は、ゲート電極１１４とソース電極１１８と重畳するように設けられる。第１不純物領域１０８は、炭化物半導体領域１０６と同程度の厚さを有していれば良い。電流は、チャネル形成領域（ゲート電極１１４と重畳する第１不純物領域１０８）を介してソース電極１１８とドレイン電極１２０の間を流れるので、第１不純物領域１０８の下側に半導体層１０４が残存するようにしておく必要がある。
【００３０】
＜第２不純物領域＞
第２不純物領域１１０は第１不純物領域１０８の内側に設けられる。第２不純物領域１１０は半導体層１０４と同じ導電型を有する。第２不純物領域１１０はゲート電極１１４の縁部からソース電極１１８と重なる領域に設けられる。第２不純物領域１１０は、いわゆるソース領域として機能する。
【００３１】
第２不純物領域１１０の厚さは、第１不純物領域１０８の底部に達しない厚さで形成される。半導体層１０４と同じ導電型であるため、第１不純物領域１０８を貫通してしまうとソース電極１１８とドレイン電極１２０が実質的に短絡してしまうからである。
【００３２】
＜ゲート絶縁層＞
ゲート絶縁層１１２は半導体層１０４（炭化物半導体領域１０６を含む）を酸化して形成される絶縁膜、又は半導体層１０４上に絶縁膜を堆積することで形成される。
【００３３】
半導体層１０４（炭化物半導体領域１０６を含む）の酸化は、ドライ酸化法、水素と酸素を燃焼させて水蒸気を作り該水蒸気と酸素で酸化するパイロジェニック酸化法（ウエット酸化法）、酸素に塩化水素を混合して熱酸化を行う方法などにより行うことができる。また、半導体層１０４（炭化物半導体領域１０６を含む）の表面にプラズマ処理を行ってゲート絶縁層１１２を形成しても良い。この場合のプラズマ処理は、プラズマ中で生成した酸素ラジカルを半導体表面に作用させて酸化する方法であり、低温でも酸化反応が進むという特性がある。そのため、比較的酸化しにくい炭化珪素半導体に対しても１０００℃以下の温度で酸化膜を形成することができる。
【００３４】
半導体層１０４（炭化物半導体領域１０６を含む）の上にゲート絶縁層１１２を堆積するには熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を適用することができ、これによって酸化シリコン膜や酸窒化シリコン膜を形成することができる。
【００３５】
＜ゲート電極＞
ゲート電極１１４はゲート絶縁層１１２の上に設けられている。ゲート電極１１４はゲート絶縁層１１２上に設けられることで、半導体層１０４（炭化物半導体領域１０６を含む）と絶縁されている。
ゲート電極１１４の上層側は好ましくは絶縁層１１６で覆われている。絶縁層１１６によりソース電極１１８と確実に絶縁される。
【００３６】
＜ソース電極及びドレイン電極＞
ソース電極１１８は第２不純物領域１１０に接触するように設けられる。また、ソース電極１１８は第２不純物領域１１０のみならず、ゲート電極１１４の外側領域で第１不純物領域１０８とも接触するように配置されている。この配置により、ソース電極１１８と隣接するドレイン電極１２０の間には実質的にｐｎ接合が形成される。
【００３７】
通常動作時においては、ソース電極１１８が負にバイアスされドレイン電極１２０が正にバイアスされるので、ソース電極１１８とドレイン電極１２０との間に形成されるｐｎ接合は逆方向にバイアスされることとなる。それにより、ソース電極１１８とドレイン電極１２０との間のリーク電流が低減する。
【００３８】
ドレイン電極１２０はソース電極１１８の外側領域に設けられる。ドレイン電極１２０は第２不純物領域１１０と同じ導電型の第３不純物領域１２２と接触している。電流が流れる経路から見て、ソース電極１１８とドレイン電極１２０との間には第２不純物領域１１０、第１不純物領域１０８、炭化物半導体領域１０６、半導体層１０４、及び第３不純物領域１２２が存在する。ここで、炭化物半導体で形成される第１不純物領域１０８、炭化物半導体領域１０６が電流経路に存在することにより耐圧を高めることができる。
【００３９】
＜変形例＞
図２（Ａ）及び（Ｂ）は一つのドレイン電極１２０に対して、その両側に一対のゲート電極１１４及びソース電極１１８を配設した半導体装置の一例を示す。支持基板１００にチャネル形成領域が二カ所設けられ、ドレイン電極１２０を二つのソース電極１１８で挟む構成とすることで、装置の小型化を図りつつ大電流を流すことができる。このような半導体装置は電流定格の大きい用途に適している。
【００４０】
＜半導体装置の動作＞
半導体層１０４をｎ型、第１不純物領域１０８をｐ型、第２不純物領域１１０をｎ型とすると、ソース電極１１８とドレイン電極１２０との間にはｎｐｎ接合が介在し、ゲート電極にバイアスを印加しない場合には僅かな電流しか流れない。
【００４１】
ゲート電極１１４に正バイアスを印加すると、ゲート電極１１４と重なる第１不純物領域１０８のゲート絶縁層１１２の界面側に負の電荷（電子）が誘起され、ソース電極１１８とドレイン電極１２０間に電流が流れる。チャネル形成領域は、炭化物半導体領域１０６の中に形成された第１不純物領域１０８において、ゲート電極１１４と重なる領域に形成される。
【００４２】
チャネル形成領域が炭化物半導体領域１０６の領域の中に形成された第１不純物領域１０８に形成されると絶縁破壊電圧が向上する。これは、Ｓｉ−Ｃ結合の原子間距離が約０．１８ｎｍと短く、結合エネルギーが高く、炭化珪素半導体がシリコン半導体に比べ約３倍のエネルギーギャップを有していることに起因している。
【００４３】
このため炭化物半導体でチャネル形成領域を形成すると、シリコン半導体でチャネル形成領域を形成した場合に比べて固有オン抵抗が２桁半ほど小さくて済む。また、熱伝導度がシリコンの３倍ほど大きいので熱放散性が良い。それにより、半導体装置が扱える単位面積当たりの電流密度が大きくなる。
【００４４】
（実施の形態２）
本形態では、図３、図４及び図５を参照して、実施の形態１で示す半導体装置の作製方法の一例を示す。本形態は、炭化珪素半導体を含む半導体装置を提供することを目的の一とし、また、炭化珪素半導体を含む半導体装置の生産性の向上を図ることを目的の一としている。
【００４５】
＜支持基板の作製又は準備（図３（Ａ）を参照）＞
支持基板１００上に絶縁層１０２を介して半導体層１０４を設ける。この構造は、絶縁表面上に半導体層が設けられた所謂ＳＯＩ構造である。従って、貼り合わせＳＯＩ基板、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＩＭｐｌａｎｔｅｄ  ＯＸｙｇｅｎ）基板など市販されているＳＯＩ基板を適用することもできる。
半導体層１０４の材質は、単結晶シリコンが好適でありその他の半導体材料を用いることができる。半導体層１０４は、例えばｎ型の導電型を有している。
【００４６】
＜炭化物半導体領域の形成（図３（Ｂ）を参照）＞
半導体層１０４表面に炭化物半導体領域１０６を形成する。炭化物半導体領域１０６は半導体層１０４よりもエネルギーギャップが広くなるように、半導体層１０４の母体材料のエネルギーギャップを広げる作用のある元素を含ませる。例えば、半導体層１０４に特定の元素を含浸させる処理を行う。
【００４７】
具体例としては、半導体層１０４が単結晶シリコン半導体である場合、水素ガスをキャリアガスとしてメタン又はプロパンなど炭化水素気体を混合した混合気体雰囲気中で、１０００℃乃至１３００℃、好ましくは１１００℃から１２５０℃で加熱処理を行う。この処理により、半導体層１０４の表面から５ｎｍ乃至２０ｎｍの深さに炭素が含浸し、炭化物半導体領域１０６を形成することができる。
【００４８】
また、水素と炭化水素気体の混合気体中で、半導体層１０４にレーザ光を照射して、炭素を半導体層１０４に含浸させても良い。この場合、レーザ光は半導体層１０４の少なくとも表層部が溶融するように照射することが好ましい。この処理において５００℃乃至１０００℃に加熱しながら行うと、炭化物半導体領域１０６の形成が容易となり、レーザ照射後の再単結晶化もより促進される。
【００４９】
単結晶シリコンのエネルギーギャップが１．１２ｅＶであるのに対し、炭化珪素のエネルギーギャップは２．２ｅＶから３．１ｅＶ程度ある（例えば４Ｈ−ＳｉＣのエネルギーギャップは３．０２ｅＶである）。炭素を単結晶シリコンに導入することにより、概略２倍から３倍のエネルギーギャップ拡大効果を得ることができる。
また、このエネルギーギャップが拡大した領域の厚さをさらに増加させるために、炭化物半導体領域１０６の上に炭化珪素層をエピタキシャル成長させても良い。
【００５０】
＜第１不純物領域の形成（図４（Ａ）を参照）＞
半導体層１０４上に第１マスク層１２４を形成する。この第１マスク層１２４は第１不純物領域１０８が形成されるべき位置に開口部が設けられている。
第１不純物領域１０８に半導体層１０４とは逆の導電型を付与する不純物元素を添加する。半導体層１０４がｎ型であれば、ｐ型の導電型を付与する硼素を添加する。
【００５１】
＜第２不純物領域の形成（図４（Ｂ）を参照）＞
半導体層１０４上に第２マスク層１２６を形成する。この第２マスク層１２６は第２不純物領域１１０が形成されるべき位置に開口部が設けられている。すなわち、第１不純物領域１０８の内側領域に開口部が配設されるように第２マスク層１２６を設ける。
【００５２】
第２不純物領域１１０に半導体層１０４と同じ導電型を付与する不純物元素を添加する。半導体層１０４がｎ型であれば、ｎ型の導電型を付与するリン又はヒ素を添加する。このとき、第２不純物領域１１０と同じ導電型を有する第３不純物領域１２２を同時に形成しても良い。なお、第３不純物領域１２２は必須なものではなく、ドレイン電極１２０とオーミックコンタクトをとりやすくするために設けることが好ましい領域である。
【００５３】
＜絶縁ゲートの形成（図５（Ａ）を参照）＞
ゲート絶縁層１１２は半導体層１０４（炭化物半導体領域１０６を含む）の表面を酸化することにより形成される。あるいは半導体層１０４上に絶縁膜を堆積することにより形成される。
酸化法として、ドライ酸化法、水素を燃焼させて水蒸気を作り該水蒸気と酸素で酸化するパイロジェニック酸化法（ウエット酸化法）、酸素に塩化水素を混合して行うＨＣｌ酸化法などを適用することができる。
また、酸化法の別形態としてプラズマ酸化法によりゲート絶縁層を形成しても良い。プラズマ酸化法は、プラズマ中で生成した酸素ラジカルを半導体表面に作用させて酸化する方法であり、低温でも酸化反応が進むという特性がある。
ゲート絶縁層１１２を堆積法で形成する場合には、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法などが適用され、この方法によって酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜などが形成される。
【００５４】
ゲート絶縁層１１２の上にゲート電極１１４を形成する。ゲート電極１１４はポリシリコン又は金属材料で形成する。金属材料としては、モリブデン、タングステン、チタンなどの金属若しくはこれら高融点金属の合金を用いれば良い。ゲート電極１１４は、ゲート絶縁層１１２を介して炭化物半導体領域１０６及び第１不純物領域１０８と重なるように設けられる。この構造において、ゲート電極１１４と第１不純物領域１０８が重畳する領域がチャネル形成領域となる。なお、ゲート電極１１４の配置を図１（Ａ）の平面図で見ると、ゲート電極１１４はソース電極１１８に囲まれるように配置される。
【００５５】
＜保護膜の形成（図５（Ｂ）を参照）＞
ゲート電極１１４上に絶縁層１１６を形成する。そして絶縁層１１６にコンタクトホールを形成する。その後、絶縁層１１６に形成されたコンタクトホールの位置に合わせて、ソース電極１１８及びドレイン電極１２０を形成すれば、図１（Ａ）及び（Ｂ）で示す半導体装置を得ることができる。
【００５６】
上記の工程に従えば炭化物半導体領域１０６を含む半導体装置を得ることができる。この作製方法は半導体層１０４に炭素を含浸させる処理を含むので、支持基板１００が大面積化しても、支持基板１００の面積に対応した半導体層１０４を設けることは容易であるので、大面積の炭化物半導体領域１０６を得ることも容易である。すなわち、大口径の炭化珪素基板を製造しなくとも、炭化珪素半導体領域を半導体層の表面に形成することで、高耐圧で低損失の特性を有する半導体装置を得ることができる。さらに、本形態の作製方法によれば、炭化珪素半導体を含む半導体装置の生産性の向上を図ることができる。
【００５７】
＜選択的に変成層を形成する変形例（図６（Ａ）及び（Ｂ）を参照）＞
半導体層１０４に炭化物半導体領域１０６を形成する際に、開口部を有する第３マスク層１２８を設けておくと、炭化物半導体領域１０６を選択的に形成することができる。炭化物半導体領域１０６を形成するための処理温度は高温であるので、第３マスク層１２８は酸化シリコン又は窒化シリコンなどで形成することが好ましい。
【００５８】
なお第１不純物領域１０８がゲート電極１１４と重なる領域がチャネル形成領域となるので、第１不純物領域１０８が炭化物半導体領域１０６の中に形成されるようにすれば、図１の半導体装置と同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
（実施の形態３）
本形態は、支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられたＳＯＩ構造を有し、バイポーラ動作をする半導体装置の一例を示す。本形態は、炭化珪素半導体を含む半導体装置を提供するための構成を例示する。
図７（Ａ）は半導体装置の平面図を示し、図７（Ｂ）はこの平面図のＡ−Ｂ切断線に対応する断面図を示す。
【００６０】
本形態に係る半導体装置は、図１で説明する半導体装置と基本的な構造は同じであるが、第３不純物領域１２２が第１不純物領域１０８と同じ導電型である点が異なっている。また、エミッタ電極１３０は第１不純物領域１０８及び第２不純物領域１１０と接触し、コレクタ電極１３２は第３不純物領域１２２と接触している。
【００６１】
実施の形態１と同様に、本形態に係る半導体装置はゲート電極１１４に正のバイアスを印加すると第１不純物領域１０８にチャネル領域が形成される。ここで、第３不純物領域１２２をｐ型としたことにより、オン状態では第３不純物領域１２２から半導体層１０４にホールが注入される。それにより、オン状態となる電圧が低くなる。すなわち、高耐圧で大容量の半導体装置を得ることができる。
【００６２】
本形態に係る半導体装置は、入力側に絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成を有し、出力側がバイポーラトランジスタの構成を備えたものである。この半導体装置は、ゲート電極１１４とエミッタ電極１３０間の電圧で駆動され、ゲート電極１１４への入力信号によってオン・オフ動作をする。
この半導体装置は、スイッチング動作の高速化を図ることが可能である。さらに、この半導体装置はオン抵抗が低いことから自己発熱が抑えられ、大電力の制御をする用途に好適となる。
【００６３】
（実施の形態４）
本形態は、実施の形態１乃至３で示す支持基板１００上に半導体層１０４を設ける方法の一例を示す。
【００６４】
＜半導体基板に分離層を形成する段階（図８（Ａ））＞
半導体基板１３４にイオンを導入して損傷層１３６を形成する。半導体基板１３４は単結晶半導体又は多結晶半導体である。
半導体基板１３４として、代表的には単結晶シリコン半導体基板が用いられる。半導体基板１３４に設けられる絶縁層１０２は酸化シリコン、酸窒化シリコン又は窒化シリコンなどにより形成される。半導体基板１３４に損傷層１３６を形成する際、イオンが照射されて半導体基板１３４の表面の平坦性が損なわれてしまうことがあるため、絶縁層１０２を設けることが好ましい。
【００６５】
半導体基板１３４の表面から所定の深さに損傷層１３６を形成するためには、水素イオンを含むイオンビームを半導体基板１３４に照射する。例えば、水素イオンに水素クラスターイオンを混在させ、表面から一定の深さの領域に損傷層１３６を形成する。水素クラスターイオンとして、例えばＨ３＋イオンが適用される。
水素クラスターイオンを適用することで、ドーズ量を一定とした場合でも水素を多く半導体基板１３４に導入することができ、損傷層１３６の形成を容易にする。
【００６６】
半導体基板１３４の表面から損傷層１３６までの深さは、水素イオンの加速エネルギーによって制御される。損傷層１３６の深さにより半導体基板１３４から分離される半導体層１０４の厚さが決まる。
損傷層１３６は半導体基板１３４の表面から１μｍ未満の深さ、すなわち５０ｎｍ乃至５００ｎｍの深さに水素濃度のピーク位置が存在するように形成する。
【００６７】
＜支持基板に半導体基板を貼り合わせる段階（図８（Ｂ））＞
半導体基板１３４の絶縁層１０２が形成された面を支持基板１００に密着させる。支持基板１００に絶縁層１０２が密着することにより、水素結合力やファン・デル・ワールス力が作用して、支持基板１００に半導体基板１３４が固定される。
【００６８】
支持基板１００及び絶縁層１０２の表面が親水性であると、水酸基や水分子が有効に作用して水素結合を形成しやすくなる。さらに熱処理を行うと水分子が分解しシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）を形成して水素結合が促進される。さらに高温で熱処理をすると、水素が抜けてシロキサン結合（Ｏ−Ｓｉ−Ｏ）が形成されて共有結合となり、半導体基板１３４と支持基板１００の結合強度が向上する。
【００６９】
＜半導体基板を分離し支持基板上に半導体層を形成する段階（図８（Ｃ））＞
半導体基板１３４を支持基板１００に貼り合わせた状態で熱処理を行う。熱処理は４００℃から７００℃の温度範囲で行う。熱処理によって損傷層１３６が脆化し、支持基板１００上に半導体層１０４を残した状態で半導体基板１３４を分離させることができる。
このような基板を使用して実施の形態１及び２の半導体装置を製造することができる。
【００７０】
（実施の形態５）
本形態は、半導体基板を用いた半導体装置の一例を示す。本形態は、炭化珪素半導体を含む半導体装置を提供するための構成を例示する。
図９（Ａ）は半導体装置の平面図を示し、図９（Ｂ）はこの平面図のＡ−Ｂ切断線に対応する断面図を示す。
【００７１】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は半導体基板１３８の表面に炭化物半導体領域１０６が設けられ、この炭化物半導体領域１０６にチャネル領域の全部又は一部が形成される半導体装置の一例を示す。
【００７２】
ゲート電極１１４、第１不純物領域１０８、第２不純物領域１１０、ソース電極１１８の構成は実施の形態１と同様である。ドレイン電極１２０は半導体基板１３８の裏面（ゲート電極が設けられる面と反対側の面）に設けられている。なお、ドレイン電極１２０が半導体基板１３８と接触する領域に、第２不純物領域１１０と同じ導電型を有する第３不純物領域１２２が設けられていても良い。
【００７３】
半導体基板１３８の表面側には炭化物半導体領域１０６が設けられている。半導体基板１３８を構成する半導体材料と比べ、炭化物半導体領域１０６のエネルギーギャップは大きい値を有している。半導体基板１３８が単結晶シリコン半導体であれば、炭化物半導体領域１０６は炭化珪素半導体が適用される。
【００７４】
炭化物半導体領域１０６は、半導体基板１３８の表面から少なくとも５ｎｍ乃至１５ｎｍの深さにまで形成される。第１不純物領域１０８の（半導体基板の表面からの）深さは、炭化物半導体領域１０６よりも浅くても良いし、炭化物半導体領域１０６と同程度の深さ又はそれよりも深く形成されていても良い。したがって、チャネル形成領域は炭化物半導体領域１０６を少なくとも一部に含んで形成されるとみなすこともできる。
【００７５】
半導体基板１３８をｎ型、第１不純物領域１０８をｐ型、第２不純物領域１１０をｎ型とすると、ソース電極１１８とドレイン電極１２０はｎｐｎ接合が介在し、ゲート電極１１４にバイアスを印加しない場合には僅かな電流しか流れない。
【００７６】
ゲート電極１１４に正バイアスを印加すると、ゲート電極１１４と重なる第１不純物領域１０８のゲート絶縁層１１２との界面側に負の電荷（電子）が誘起され、ソース電極１１８とドレイン電極１２０間に電流が流れる。チャネル形成領域は第１不純物領域１０８に形成される。
【００７７】
チャネル形成領域が炭化物半導体領域１０６の領域に形成されると絶縁破壊電圧が向上する。これはＳｉ−Ｃ結合の原子間距離が約０．１８ｎｍと短く、結合エネルギーが高く、炭化珪素半導体がシリコン半導体に比べ約３倍のエネルギーギャップを有していることに起因している。
【００７８】
そのためチャネル形成領域が炭化物半導体領域１０６に形成されるようにすると、シリコン半導体基板にチャネル形成領域を構成した場合に比べて固有オン抵抗が２桁半ほど小さくて済む。また、熱伝導度がシリコンの３倍ほど大きいので熱放散性が良い。それにより、半導体装置が扱える単位面積当たりの電流密度が大きくなる。
【００７９】
（実施の形態６）
本形態は、半導体基板を用いバイポーラ動作をする半導体装置の一例を示す。本形態は、炭化珪素半導体を含む半導体装置を提供するための構成を例示する。
図１０（Ａ）は半導体装置の平面図を示し、図１０（Ｂ）はこの平面図のＡ−Ｂ切断線に対応する断面図を示す。
【００８０】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は半導体基板１３８の表面に炭化物半導体領域１０６が設けられ、その領域にチャネル形成領域が含まれると共にバイポーラ動作をする半導体装置の一例を示す。
本形態の半導体装置は、実施の形態３における半導体装置と構成及び動作原理は同様である。
【００８１】
半導体基板１３８の表面側には、炭化物半導体領域１０６が設けられている。
実施の形態３における半導体装置と同様に、本形態の半導体装置もゲート電極１１４に正のバイアスを印加すると第１不純物領域１０８にチャネルが形成される。第３不純物領域１２２をｐ型としたことにより、オン状態では第３不純物領域１２２より半導体層１０４にホールが注入される。それにより、オン状態となる電圧が低くなる。
【００８２】
本形態に係る半導体装置は、入力側に絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成を有し、出力側がバイポーラトランジスタの構成を備えたものである。この半導体装置は、ゲート電極１１４とエミッタ電極１３０間の電圧で駆動され、ゲート電極１１４への入力信号によってオン・オフ動作をする。
この半導体装置の構成は、スイッチング動作を高速化することが可能であり、オン抵抗が低いことから自己発熱が抑えられ、大電力の制御をすることが容易となる。
【００８３】
（実施の形態７）
本形態は、図１１を参照して、インバータを備えた太陽光発電システムの一例を示す。この太陽光発電システムは、住宅等に設置される構成を示す。
【００８４】
この住宅用の太陽光発電システムは、発電した電気を住宅内で消費することができるが、余剰電力は配電線１５４に戻すことができる。また太陽光発電システムが発電することができない夜間や発電量が低下する雨天時には、配電線１５４から電気の供給を受けることができる。
【００８５】
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池パネル１４０は、直流電力を生成する。インバータ１４４は、その直流電力を交流電力に変換する。インバータ１４４から出力される交流電力は、各種の電気器具１５０を動作させる電力として使用される。
【００８６】
住宅内で消費されず余った電力は、配電線１５４に繋いで電力会社に売却することも可能である。直流開閉器１４２は太陽電池パネル１４０とインバータ１４４とを接続又は遮断を制御するために設けられている。また、交流開閉器１４８はトランス１５２を介して配電線１５４と分電盤１４６との接続又は遮断を制御するために設けられている。
【００８７】
インバータに実施の形態１乃至６の半導体装置を適用することにより、インバータを小型化することができ、電力損失の少ない高効率の太陽光発電システムを実現することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１００  支持基板
１０２  絶縁層
１０４  半導体層
１０６  炭化物半導体領域
１０８  第１不純物領域
１１０  第２不純物領域
１１２  ゲート絶縁層
１１４  ゲート電極
１１６  絶縁層
１１８  ソース電極
１２０  ドレイン電極
１２２  第３不純物領域
１２４  第１マスク層
１２６  第２マスク層
１２８  第３マスク層
１３０  エミッタ電極
１３２  コレクタ電極
１３４  半導体基板
１３６  損傷層
１３８  半導体基板
１４０  太陽電池パネル
１４２  直流開閉器
１４４  インバータ
１４６  分電盤
１４８  交流開閉器
１５０  電気器具
１５２  トランス
１５４  配電線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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